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中国科学家找到破解日冕磁场测量难题新途径
根据势场源表面模型计算得到的太阳三维磁场结构
来源：北京大学
8月6日，北京大学传来消息，北大地球与空间科学学院教授、中国科学院太阳活动重点实验室主任田晖等人在日冕磁场测量方面取得重要进展，首次测量到太阳日冕磁场的全球性分布，为日冕磁场测量这一世纪难题的解决提供了一个新的有效途径，从而向实现日冕磁场常规测量的最终目标迈进了一大步。两篇相关论文近日分别发表在《科学》和《中国科学：技术科学》上。
“磁场对于太阳具有极其重要的意义，然而迄今为止，我们对太阳磁场的常规测量仅局限在光球层。”田晖介绍，光球之上的太阳大气，尤其是最外层的日冕，其中的磁场仍难以测量，这也极大制约了太阳物理学科的发展。对此，太阳物理学者通常只能在一些假设下，通过模型重构日冕磁场。但这些模型假设对于日冕中的有些区域不一定成立，而且不同模型重构得到的磁场结构经常不一样。另一方面，他们也一直在寻找其他能够用来测量日冕磁场的方法，如射电观测方法、磁震学方法等。其中磁震学方法是基于日冕波动的观测来推断磁场的信息。过去，该方法主要用于日冕局部区域中的一些偶发的波动现象，对我们理解日冕磁场作用有限。
田晖介绍，要打破这个瓶颈，对更大区域内的磁场及其演化进行测量，需要将磁震学方法应用到更加普遍的波动现象上。，利用美国国家大气研究中心下属高山天文台的日冕多通道偏振仪（CoMP），人们发现日冕中几乎处处都存在传播磁流体横波。
CoMP是一台具有成像光谱观测能力和偏振测量能力的地面日冕仪。其望远镜口径为20cm，可用Fe1074.7nm和1079.8nm两条近红外谱线对日冕进行观测，观测视场约为1.05到1.35个太阳半径。田晖团队与CoMP团队合作，提出基于日冕中普遍存在的磁流体横波来测量日冕磁场的新思路。他们将过去局限于部分区域的波动追踪方法拓展到整个视场范围，从而获得这些波动传播速度的全球性分布。之后，他们利用1074.7nm和1079.8nm谱线辐射强度之比对密度敏感的特性，得到了日冕等离子体密度的全球性分布。最终，在波动追踪和密度诊断的基础上，他们首次基于日冕观测获得了日冕磁场的全球性分布。
这一研究成果实现了用磁震学方法测量日冕磁场从点、线到面的飞跃，填补了太阳磁场测量的空缺。
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OFDM通信系统用上双向软判决反馈均衡器
OFDM系统BiSDFE结构图（中科院声学所供图）
OFDM技术可以有效对抗信道的多径效应，但易受多普勒效应影响。在多普勒扩展较大的信道下，OFDM系统子载波间的正交性会被破坏，从而产生子载波间干扰。这将影响符号检测和后续的信道译码效果，增大系统的误码率。
为了解决上述问题，8月3日，中国科学院声学研究所水下航行器信息技术重点实验室研究员鄢社锋团队基于单载波通信中的双向均衡算法，提出一种适用于OFDM系统的双向软判决反馈均衡器。
研究人员采用一个传统的单向软判决反馈均衡器对接收信号进行均衡，对OFDM解调符号和估计信道矩阵进行频率反转，推导出频率反转SDFE，再对两者输出的软符号进行加权求和获得最终的均衡输出。由于两个均衡器输出中的噪声和错误位置相关性较低，而估计符号相关性较高，故通过该加权合并操作可以获得双向分集增益并减弱单向SDFE中的误差传播问题，从而提高系统误码率性能。
研究人员将BiSDFE与现有各OFDM均衡器的误码率性能进行对比，仿真结果显示，新型均衡器在各信噪比下均能获得优于传统均衡器的误码性能，且在受多普勒扩展较大的信道（如水声信道）中的优势更明显。另外，它与单向SDFE的计算量在同一数量级上。BiSDFE揭示了OFDM技术的潜力，为其在移动水声通信等具有大多普勒扩展信道中的应用提供了可能的解决方案。
该研究工作得到国家自然科学基金的支持。
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电化学二氧化碳转化制备高附加值化学品受含氧基团影响的研究取得突破性进展
(a)-0.8 VRHE下多碳产物分电流密度；(b)-0.8 VRHE下一碳产物分电流密度；(c)加氧气共同电解原位拉曼光谱图；(d)DFT计算多碳产物生成决速步；(e)DFT计算甲烷生成决速步；(f)共同电解过程示意图
8月3日，据清华大学消息，清华大学化工系陆奇副教授团队对二氧化碳电催化还原电极表面物种的研究取得进展，在《自然·通讯》(Nature Communications)上发表题为《引入氧气共同电解带来的二氧化碳电化学还原的提升》(Oxygen induced promotion of electrochemical reduction of CO2 via co-electrolysis)的研究论文。
工业的快速发展与化石能源的大量消耗导致了大气中二氧化碳的浓度正在逐年上身，由此引发了一系列环境问题。利用风能、太阳能等可再生能源将二氧化碳电化学还原为乙烯、乙醇等化学品作为一种降低大气中的二氧化碳含量、储存能量的方法成为了研究的热点。铜作为唯一可以将二氧化碳转化为多碳产物的金属而被广泛研究，铜催化剂表面物种与催化活性的关系对于反应机理研究与催化剂设计十分重要，但目前这类研究还非常有限。
在这项工作中，研究者发现通过向反应器中添加氧气，引入氧还原反应，使得在某些电压下部分多碳产物的分电流密度提升了百余倍，产生甲烷的起始电位也向平衡电位平移了200mv。研究者认为氧还原反应可能在铜电极表面引入了含氧物种，进而带来了二氧化碳还原反应的巨大提升。研究者对该过程进行了原位表面增强拉曼光谱的研究，研究结果表明，氧气的引入会在拉曼光谱上观察到一个新的峰，同位素交换实验与密度泛函理论计算证明了该峰属于表面的羟基（surface hydroxyl group）——氧还原反应的一种中间体。
为了深入研究表面羟基对于二氧化碳还原反应的影响，研究者对多碳产物生成的决速步及甲烷生成的决速步进行了计算。计算结果表明，表面羟基的存在使得多碳产物及甲烷的决速步的活化吉布斯自由能与吉布斯自由能变降低，使反应更容易发生，这也与实验结果相吻合。该工作将电化学测试与原位光谱、理论计算相结合，证实了引入氧还原反应后电极表面羟基的存在并阐明了羟基对于二氧化碳还原反应的促进作用的机理，也为未来催化反应机理的研究与催化剂的设计提供了新的思路。
该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金基金等项目的支持。
内容来源：光明日报、中科院声学所、清华大学、北京大学
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